实验3 电容式传感器测振动实验
一．实验目的：
了解电容传感器的动态性能的测量原理与方法。
二．基本原理：
利用电容传感器动态响应良好，可以非接触测量等特点进行动态位移测量。
三．需用器件与单元：
电容传感器、电压放大器、低通滤波器、Ｆ／V表、激振器、示波器。
四．实验步骤：
1． 按图3-3接线。
图3-3 电容传感器实验连线图
2． 卸下测微头，断开电压表，接通激振器，用示波器观察输出波形。
3． 主控箱低频振荡器输出端与振动源低频输入相连，振动频率选6~12Hz之间，幅度
旋钮初始置零。
4． 保持低频振荡器幅度旋钮不变，改变振动频率，可以用数显表测频率（将低频振荡
器输出端与数显Fin输入口相接，数显表波段开关选择频率档）。从示波器测出传感器输出的VO峰-峰值。保持低频振荡器频率不变，改变幅度旋钮，测出传感器输出的VO峰-峰值。自制表格记录两种情况下输入与输出的量值。选择画出一幅图形，标明低频振荡器的频率或幅度。令VI为低频振荡器激振电压峰-峰值，VO为传感器输出电压峰-峰值；令fI为低频振荡器激振电压频率，fO为传感器输出电压频率。将测量数据记录在下表中。
a) 振动频率固定，改变振幅——测幅特性。 固定fI=（
）。
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VI VO b) 振动幅度固定，改变振频——测频特性。 固定VI=（ fI fO
五．作业与思考题：
根据实验所提供的电容传感器尺寸，计算其电容量C0和移动0.5mm时的变化量。（本实验外圆半径R=8mm，内圆柱外半径r=7.25mm，外圆筒与内圆筒覆盖部分长度l=16mm）
）。 20
实验四 光纤传感器测量振动实验
一．实验目的：
了解光纤位移传感器的静态特性和动态特性。
二．基本原理：
利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应特性，配以合适的测量电路即可测
量振动。
三．需用器件与单元：
光纤传感器、光纤传感器实验模板、振动源单元、低频振荡器、动态测量支架、检波、
滤波实验模板、数显表、示波器、反射面、相关元器件。 四．实验内容及要求：
1． 合理设计光纤传感器振动测量系统，包括传感器的安装，信号调理电路的设计。 提示步骤：
a) 按图4-1所示连接电路图。通过静态特性实验，得出光纤传感器测位移的输入—输
出特性。确定传感器安装高度及所设计的测振系统的振幅峰-峰值测量范围。
图4-1 光纤传感器实验连线图
b) 光纤传感器安装图参见图4-2。调整光纤传感器与被测振动体平衡位置间的距离，
光纤探头对准被测振动体上的反射面。
工作平台
图4-2 光纤传感器振动测量安装图
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光纤传感器 连桥板 被测振动体
2． 通过实验，客观评价所设计的光纤测振系统的静态特性（测量范围、灵敏度、线性
度、测量精度）、动态特性（测频范围、响应速度）。 提示步骤：
a) 利用所设计的测振系统对实验台上的振动源进行测量。将频率档选择在6～15Hz
左右，调整振动激励源电压的幅度和频率，注意不能使振动台面碰到传感器。 b) 保持振动频率不变，改变振动幅度（但不能碰撞光纤探头），观察并记录示波器波
形及峰-峰值；
? 振动频率固定，改变振幅——测幅特性。 固定fI=（ VI VO
）。 c) 保持振动幅度不变，改变振动频率，观察并记录示波器波形及频率。
? 振动幅度固定，改变振频——测频特性。 固定VI=（ fI fO ）。 3． 画出基于单片机的光纤传感器测振系统（包括测幅和测频）的硬件结构框图，写出
各部分硬件的作用及其输入、输出信号的形式。
五．作业与思考题：
题图（a）是光纤传感器测振系统安装图，题图（c）是光纤传感器测振系统输出电压失真波形。
(1) 分析出现如图（c）输出电压波形的原因，及系统调整方法。
(2) 确定题图（c）电压输出曲线上各点对应题图（b）中振动的位置。当振动平衡位置
X0（即工作点）位于光纤传感器测位移输出特性的正、负线性区（即灵敏度S大于或小于零）两种情况时： ? 正线性区（即灵敏度S大于零）：
1对应（
）；2对应（
）；3对应（
）；4对应（
）；
? 负线性区（即灵敏度S小于零）：
1对应（
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）；2对应（ ）；3对应（ ）；4对应（ ）；
振动位移x 光纤传感器
振动台 x 向上 x0 向下 题图（a） 测振系统
A D C B E H G t F 题图（b） 振动台的位移
传感器输出电压V波形
2 3 0 1 4 t 题图（c） 传感器输出电压
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